Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Конструирование виртуальных технологических процессов для системы компьютерной поддержки подготовки инженеров-системотехников Панфилов Александр Эдуардович

Конструирование виртуальных технологических процессов для системы компьютерной поддержки подготовки инженеров-системотехников
<
Конструирование виртуальных технологических процессов для системы компьютерной поддержки подготовки инженеров-системотехников Конструирование виртуальных технологических процессов для системы компьютерной поддержки подготовки инженеров-системотехников Конструирование виртуальных технологических процессов для системы компьютерной поддержки подготовки инженеров-системотехников Конструирование виртуальных технологических процессов для системы компьютерной поддержки подготовки инженеров-системотехников Конструирование виртуальных технологических процессов для системы компьютерной поддержки подготовки инженеров-системотехников Конструирование виртуальных технологических процессов для системы компьютерной поддержки подготовки инженеров-системотехников Конструирование виртуальных технологических процессов для системы компьютерной поддержки подготовки инженеров-системотехников Конструирование виртуальных технологических процессов для системы компьютерной поддержки подготовки инженеров-системотехников Конструирование виртуальных технологических процессов для системы компьютерной поддержки подготовки инженеров-системотехников
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Панфилов Александр Эдуардович. Конструирование виртуальных технологических процессов для системы компьютерной поддержки подготовки инженеров-системотехников : дис. ... канд. техн. наук : 05.13.10 Астрахань, 2006 128 с. РГБ ОД, 61:07-5/507

Содержание к диссертации

Введение

1 Компьютерные обучающие системы 11

1.1 Обзор обучающих систем 11

1.2 Проблемы обучения проектированию АСУТП 29

1.3 Выводы 37

2 Методика формального описания объектов технологического процесса 39

2.1 Предпосылки для формализации объектов ТП 39

2.2 Формирование пространства задач учебных дисциплин 42

2.3 Формализация виртуального ТП 44

2.4 Метод конструирования виртуального ТП 55

2.5 Выводы 57

3 Программная реализация комплекса виртуальных технологических процессов 59

3.1 Требования к программному комплексу виртуальных ТП , 59

3.2 Структура программного комплекса виртуальных ТП 60

3.3 Информационная структура комплекса виртуальных ТП 61

3.4 Алгоритмическое обеспечение комплекса виртуальных ТП 63

3.5 Особенности программной реализации комплекса виртуальных ТП...70

3.6 Технология ОРС взаимодействия комплекса со SCADA-системой 78

3.7 Выводы 82

4 Использование комплекса виртуальных технологических процессов 83

4.1 Методика работы с комплексом виртуальных ТП , 83

4.2 Методика обучения приемам проектирования АСУТП 86

4.3 Примеры использования методики обучения проектированию АСУТП 89

4.4 Выводы 94

Заключение 95

Список использованной литературы

Введение к работе

Актуальность темы

Одним из эффективных направлений использования вычислительной техники является создание виртуальных (компьютерных) средств для обучения, в том числе моделей и тренажеров различного назначения.

Распространенные виды тренажеров, применяемых в обучении студентов – системотехников, используются для получения и отработки практического опыта управления технологическими процессами (ТП). Такие тренажеры отвечают потребностям подготовки студентов к работе в производственных условиях, но мало пригодны для приобретения квалификации в творческих вопросах разработки теоретических аспектов автоматизированного управления и проектирования систем автоматизации. Тренажеры, позволяющие студентам получить навыки работ такого характера, в практике подготовки студентов-системотехников в настоящее время отсутствуют.

Сферы профессиональной деятельности и спрос на специалистов в области проектирования АСУТП интенсивно расширяются в связи с быстрым ростом объемов производства и необходимостью его интенсификации. Но в кризисные 90-е годы традиции и опыт проектирования АСУТП оказался во многом утраченным, кадровый состав проектных институтов был ослаблен, и выпускники вуза, приступая к работе в проектной организации, не всегда могут рассчитывать на помощь более опытных коллег. Поэтому имеется объективная потребность в модернизации процесса подготовки студентов к проектированию АСУТП.

Традиционная методика подготовки специалистов в вопросах проектирования АСУТП недостаточно эффективна. Студенты даже после прослушивания лекционного курса и выполнения лабораторных, практических и курсовых работ часто обнаруживают, что без помощи старших специалистов им трудно самостоятельно сформулировать цели, критерии и принципы управления объектом, если аналог проекта АСУТП или типовые проектные решения отсутствуют. Наибольшие трудности вызывает самая творческая часть работы – формулирование цели, критериев и состава задач автоматизации и определение степени охвата технологических и производственных процессов контуром автоматизации. Другой трудностью является ограничение доступа для исследования студентами реальных ТП.

Трудности, указанные выше, могут быть частично преодолены на базе создания и внедрения в учебную практику своеобразных тренажеров, направленных, в отличие от распространенных, не на моделирование реальных объектов, а на имитацию обстановки, в которой происходит принятие проектных решений на основе последовательного ознакомления студентов с задачами обследования ТП, с выявлением потребности в автоматизации ряда задач, с обоснованием эффекта от автоматизации, с выбором идеи и алгоритмов управления.

Перспективы создания таких специализированных тренажеров затруднены недостаточной разработанностью научных основ построения виртуальных технологических процессов, структура и свойства которых были бы, с одной стороны, достаточно универсальными (чтобы научить студентов общим приемам проектирования АСУТП) и, с другой стороны, обладали уровнем сложности и разнообразия, делающими процесс принятия проектных решений нетривиальным. Ряд вопросов разработки научных основ построения виртуальных технологических процессов для использования в обучении проектированию АСУТП рассматривается в представляемой работе.

Цель работы

Повышение эффективности и качества подготовки инженеров-системотехников в вузах, что позволит повысить востребованность выпускников на рынке труда и готовность их выполнять квалифицированные работы по проектированию АСУ.

Для достижения цели решены следующие задачи:

  1. Формирование множества задач учебных дисциплин специализации инженеров-системотехников для выявления и систематизации особенностей технологических объектов, отвечающих целям обучения проектированию систем автоматизации;

  2. Анализ и классификация требований к виртуальным технологическим объектам и комплексу для конструирования виртуальных ТП, необходимых для эффективного применения при обучении проектированию АСУТП;

  3. Разработка метода автоматизированного конструирования виртуальных ТП для заданных задач;

  4. Разработка программного комплекса по конструированию и имитационному моделированию виртуальных ТП;

  5. Анализ и выбор основных программных средств и информационных технологий для построения интерфейсов оператора ТП и интерфейса согласования систем управления ТП;

  6. Разработка методики обучения студентов-системотехников основам и приемам проектирования АСУТП с использованием комплекса виртуальных ТП.

Методы исследования

Разработка методики обучения студентов основам проектирования АСУТП базируется на требованиях образовательного стандарта высшего профессионального образования подготовки инженеров по направлению 654600 – «Информатика и вычислительная техника». При разработке комплекса виртуальных ТП использовались методы имитационного моделирования, теории вероятности, теории автоматического управления. В разработке программного обеспечения использовалась технология объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна

Новизна диссертационной работы заключается в следующих положениях, выносимых автором на защиту:

  1. Предложен подход использования виртуальных ТП, ориентированный на получение и закрепление приемов и навыков решения задач проектирования АСУТП;

  2. Предложен метод автоматизированного конструирования виртуальных ТП с использованием множества задач учебных дисциплин, позволяющий улучшить изучение акцентированных положений учебной дисциплины;

  3. Разработана модель технологического объекта ТП, обеспечивающая возможность исследования различных вариантов структур и алгоритмического обеспечения задач АСУТП на основе конструирования виртуального ТП;

  4. Разработан алгоритм расчета модели ТП, позволяющего учитывать время запаздывания в технологических объектах ТП, тем самым, обеспечивая исследования для проектирования систем управлений распределенными ТП.

Практическая значимость

Результаты, полученные в ходе диссертационного исследования, могут быть применены в сфере образования при обучении проектированию АСУТП.

Реализация и внедрение результатов работы

Разработанный комплекс виртуальных ТП используется в учебном процессе Волгоградского государственного технического университета и его филиале - Камышинском технологическом институте при изучении учебных дисциплин: «Проектирование АСОИУ», «Междисциплинарный курсовой проект», «Алгоритмическое обеспечение АСОИУ», «Локальные системы управления», «Специальные главы кибернетики», «Основы теории управления», «Моделирование систем». Разработанная методика обучения студентов-системотехников приемам проектирования АСУТП на основе комплекса виртуальных ТП используется при проведении лабораторных практикумов, в курсовом и дипломном проектировании, для моделирования ТП и систем регулирования ТП.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались на VIII Региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области (Волгоград 2003), XI, XII, XIII международных конференциях «Математика. Компьютер. Образование» (Дубна 2004, Пущино 2005, Дубна 2006), II, III Всероссийской конференции «Инновационные технологии в обучении и производстве» (Камышин 2004, Камышин 2005), Первом Саратовском Салоне изобретений, инноваций и инвестиций (Саратов 2005, работа получила 3 призовое место и бронзовую медаль), конкурсе научно-методических работ в Волгоградском государственном техническом университете (Волгоград 2005, работа получила второе призовое место), международной конференции «Информационные технологии в образовании, технике и медицине» (Волгоград 2006).

Публикации

Основные результаты работы опубликованы в 5-х статьях и материалах конференций, в том числе 2 публикация в центральной печати. Всего по теме диссертации опубликовано 9 работ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 128 страницах. Диссертация содержит 17 рисунков, 7 таблиц, список литературы из 97 наименований публикаций отечественных и зарубежных авторов.

Проблемы обучения проектированию АСУТП

Процесс проектирования, как объект автоматизации, представляет собой сложный вид информационных процессов, непосредственно связанных с интеллектуальной деятельностью человека. Обучение навыкам проектирования АСУТП является основной целью подготовки студентов-системотехников.

В современном промышленном производстве особое значение приобретает развитие АСУ ТП. Внедрение автоматизированных систем управления в различные сферы хозяйственной деятельности, и в первую очередь в проектирование, управление оборудованием и технологическими процессами, способствует ускорению научно-технического прогресса. Для решения этих задач необходимо осуществить подготовку квалифицированных специалистов, способных создавать и обслуживать современное промышленное производство, базирующееся на вычислительной технике, гибких автоматизированных системах и робототехнических комплексах.

Специалист в области проектирования и автоматизации промышленных установок, занимающийся разработкой, монтажом и наладкой современных систем управления промышленным оборудованием, по характеру своей деятельности сталкивается как с теоретическими, так и с практическими задачами автоматизации. Решить эти задачи без глубокого знания теории и практики автоматического управления, технологических процессов, вычислительной техники, экономики невозможно.

Для решения задач проектирования и эксплуатации АСУТП инженеру требуются знания принципов построения математических моделей технологических процессов и оборудования, элементов теории сбора и переработки технологической информации, формирования сигналов управления для передачи их исполнительным органам, а также практические знания функциональных и структурных принципов построения АСУТП.

Развитие современного производства идет по пути создания высокоэффективных промышленных установок, обеспечивающих интенсификацию технологических процессов, и систем управления ими. При этом постепенно был осуществлен переход от ручного управления технологическими процессами к автоматизированным и далее — к полностью автоматическим. Все это привело к выделению в науке об управлении самостоятельного раздела, перед которым ставятся задачи разработки методов и систем автоматизации технологических процессов. К 1974 г. [38] эти системы получили название «Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП)», и появились первые ГОСТ, регламентирующие терминологию, основные положения, а в дальнейшем — весь процесс создания, введения в эксплуатацию и собственно эксплуатацию таких систем.

Автоматизированной системой управления (АСУ) называется человеко-машинная система, обеспечивающая автоматизированный сбор и переработку информации, необходимой для оптимизации управления в различных сферах человеческой деятельности. АСУ технологического процесса (АСУТП) — это автоматизированная система управления для выработки и реализации управляющих воздействий на технологический объект управления в соответствии с принятым критерием качества управления [38]. Определенный таким образом термин «АСУТП» является основополагающим при формулировании всех последующих задач автоматизации технологических процессов. ГОСТ 34.003-90 [19] устанавливает также определение технологического объекта управления как совокупности технологического оборудования и реализованного на нем по соответствующим инструкциям или регламентам технологического процесса производства.

АСУТП в свой состав включает: техническое, программное, информационное обеспечение как совокупность средств сбора, переработки технологической информации и преобразования ее в управляющее воздействие.

Техническое обеспечение — комплекс технических средств (КТС) включает устройства: получения информации о технологических параметрах и состоянии технологического оборудования; формирования и передачи информации в системе, локального регулирования и управления; вычислительной техники; представления информации обслуживающему персоналу; передачи информации в смелшые и вышестоящие АСУ; а также исполнительные устройства.

Программное обеспечение состоит из общего программного обеспечения, поставляемого вместе со средствами вычислительной техники (организующие программы, транслирующие программы, библиотека стандартных подпрограмм и др.); специального программного обеспечения, представляющего собой совокупность программ, которые реализуют функции данной АСУТП и обеспечивают заданное функционирование комплекса технических средств.

Формирование пространства задач учебных дисциплин

При обучении проектированию АСУТП используются знания из различных смежных учебных дисциплин (Алгоритмическое обеспечение АСОИУ, Моделирование систем, Основы теории управления и др.). Каждая отдельная учебная дисциплина рассматривает АСУТП со своей точки зрения, делая упор на задачах, специфичных данной дисциплине. Для учета этой особенности предлагается конструировать виртуальные ТП под желаемые задачи, которые могут быть исследованы на полученном ТП. Подход построения виртуального ТП под желаемые задачи отличен от подхода принятого при разработке программных тренажеров ТП, где исходя из имеющейся модели технологического объекта формируют список задач изучаемых и отрабатываемых на тренажере,

Совокупность всех задач, изучаемых в учебных дисциплинах специализации подготовки инженеров-системотехников, образуют пространство задач.

При определении пространства задач учебных дисциплин использовался Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования подготовки инженеров по направлению 654600 - «Информатика и вычислительная техника» [21]. В рамках данного направления включены 4 образовательные программы (специальности): 220І00 -Вычислительные машины, комплексы, системы и сети; 220200 - Автоматизированные системы обработки информации и управления; 220300 - Системы автоматизированного проектирования; 220400 - Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем.

По каждой учебной дисциплине стандарт содержит краткую аннотацию тем и вопросов, которые должны быть изучены в рамках данной дисциплины. Для выделение задач изучаемых в каждой дисциплине делается анализ аннотации и выбираются те задачи, которые можно отнести к проектированию или функционированию АСУТП.

В результате анализа государственного образовательного стандарта выделены 3 группы задач, при решении которых могут быть использованы виртуальные ТП:

1) задачи, которые решаются с использованием программно реализованной модели ТП (идентификация объекта, выбор системы управления и т.п.);

2) задачи, которые требуют только проверку на программно реализованной модели ТП (задачи, решаемые независимо от программной модели ТП, но результаты или исходные данные которых используются для экспериментов с виртуальным ТП, например, анализ и синтез топологической структуры вычислительной сети);

3) задачи, которые не зависят от программно реализованной модели ТП, но связаны с описанием ТП (качество программного обеспечения, проектирование баз данных, документирование и стандартизация и т.п.).

Список выделенных задач по учебным дисциплинам приведен в приложении 1.

Для выделенных групп задач наиболее эффективно, с точки зрения поддержки процесса обучения проектированию АСУТП, будет применение виртуальных ТП для задач первой группы, которые, иначе как без модели ТП, решить сложно или даже невозможно.

Выделенное пространство задач учебных дисциплин отображается на пространство моделей виртуального ТП, путем соотнесения каждой модели виртуального ТП множества задач, которые могут быть на ней поставлены.

Информационная структура комплекса виртуальных ТП

Основной целью создания программного комплекса конструирования виртуальных ТП является обеспечение возможности автоматизированного конструирования виртуального ТП с его последующим имитационным моделированием.

Исходя из цели создания, к комплексу виртуальных ТП как моделирующей среде предъявляются следующие требования:

1. Обеспечение возможности внесения различных структур и алгоритмов управления исследуемым ТП. Комплекс должен иметь банк моделей управления технологическими объектами в виде программно реализованных законов управления (П-И-Д управление, экстремальное управление и т.п.) и позволять добавлять новые законы управления.

2. Обеспечение возможности наблюдения изменения параметров исследуемого ТП. Комплекс виртуальных ТП должен производить имитационное моделирование работы виртуального ТП с выдачей значений технологических данных исследуемого виртуального ТП. Должна быть предусмотрена возможность сохранения технологических данных виртуального ТП для последующего анализа.

3. Обеспечение функционирования моделирующей среды в реальном и ускоренном масштабах времени. Для удобства наблюдения за медленными ТП необходимо предусмотреть возможность проведения имитационного моделирования в ускоренном системном времени.

4. Обеспечение открытости среды для использования в ней реализованных и функционирующих программ. Комплекс виртуальных ТП должен предоставлять возможность программного доступа к моделируемым технологическим данным виртуального ТП со стороны других, независимых от ком плекса, программ. К переменным состояния виртуального ТП должен быть доступ на чтение, к управляющим переменным - на чтение и запись.

Требование 2 на наблюдение за параметрами исследуемого ТП предназначено для проведения обучаемыми исследовательских работ связанных с начальной стадией предпроектного обследования ТП: выявление целей создания АСУТП, начальный технико-экономический анализ функционирования ТП, формализацию элементов ТП и т.п.

Требования 4 на открытость моделируемой среды по переменным виртуального ТП направлено для обеспечения исследования обучаемыми различных проектных решений по автоматизации ТП.

Структурно-функциональная модель комплекса виртуальных ТП включает в себя: модуль редактирования БД комплекса, модуль конструирования виртуального ТП, модуль имитационного моделирования виртуального ТП и модуль имитации системы управления (рис. 3.1).

Посредством модуля редактирования БД комплекса осуществляется запись информации о формализуемом ТП в БМ ТП и БД сопряжения. Данный модуль позволяет просматривать и редактировать данные об уже имеющихся в БД комплекса ТП. Используя этот модуль, можно работать с БД систем управления - добавлять новые модели управления, просматривать и редактировать уже имеющиеся.

Модуль конструирования виртуального ТП, используя информацию из БМ ТП и матрицу сопряжения элементов ТП (БД сопряжения), создает структуру виртуального ТП, с учетом покрытия множества задач г.шдшт;т заданных перед его генерацией.

Модуль имитационного моделирования виртуального ТП занимается пересчетом переменных в уравнениях элементов виртуального ТП, обеспечивая имитацию функционирования данного ТП.

Модуль имитации системы управления аналогичен модулю имитационного моделирования виртуального ТП. Он предназначен для пересчета управляющих переменных виртуального ТП в соответствии с уравнением используемого управляющего устройства (закона управления), хранящихся в БД систем управления.

Банк данных комплекса виртуальных ТП содержит (см. рис. 3.1): базу данных сопряжения элементов виртуального ТП (БД сопряжения), банк моделей элементов виртуального ТП (БМ ТП) и банк данных систем управления виртуального ТП (БД систем управления). БД сопряжения содержит значения матрицы сопряжения и размерность матрицы. Все параметры - числовые. Структура банка моделей элементов виртуального ТП совпадает со структурой банка данных систем управления и приведена на рисунке 3.2.

В соответствии с описанием модели (1) элемента виртуального ТП банк модели ТП содержит 6 таблиц. Каждая таблица содержит информацию о соответствующем множестве атрибутов участвующих в описании элемента виртуального ТП, за исключением таблицы «Все задачи», которая содержит перечень всех задач пространства задач учебных дисциплин (см. п. 2.3).

Для поиска кратчайших путей на ориентированном графе сопряжения ТП использовать классические общеизвестные алгоритмы Флойда и Деикстры [39, 45, 59].

Алгоритм Флойда находит кратчайшие пути между всеми парами вершин в орграфе. Алгоритм Деикстры находит кратчайшие пути между двумя данными вершинами в орграфе.

Так как для конструирования виртуального ТП необходимы кратчайшие пути между всеми парами вершин, то был выбран алгоритм Флойда. К тому же у алгоритма Флойда есть ряд вычислительных преимуществ: - алгоритм Флойда примерно на 50% менее трудоемок, чем применении алгоритма Деикстры для всех пар вершин [59]; - в алгоритме Флойда происходит экономия памяти для хранения информации обо всех кратчайших путях в орграфе за счет интерпретации представления, то есть динамического вычисления некоторой части информации вместо ее хранения в памяти.

В случае удачного конструировании цепочки ТП необходимо указать начальные значения параметров и переменных всех элементов виртуального ТП, участвующих в цепочке. Эти данные необходимо сохранить в описании структуры виртуального ТП которая будет использована для имитационного моделирования данного виртуального ТП. Описание структуры и заданные параметры виртуального ТП сохраняются в файле.

При конструировании цепочки ТП может получиться так, что удовлетворительного решения (цепочки ТП) нельзя достичь. В этом случае необходимо либо пересмотреть множество желаемых задач гтдтшт и произвести повторное конструирование, либо строить цепочку в ручном режиме.

Использование CSV-файла связано с применением технологии обмена данными ОРС. Этот файл необходим ОРС-серверу для указания ОРС-тегов соответствующих технологическим переменным виртуального ТП. Подробнее смотри ниже в п. 3.6.

Модуль имитационного моделирования виртуального ТП занимается пересчетом переменных в уравнениях элементов виртуального ТП, обеспечивая имитацию функционирования данного ТП. Алгоритм имитационного моделирования виртуального ТП приведен на рисунке 3.4.

Примеры использования методики обучения проектированию АСУТП

Применение методики обучения приемам проектирования АСУТП, на базе комплекса виртуальных ТП, показано на примере ТП водораспределения в гидромелиоративной системе (ГМС) [4, 10, 14, 28, 29]. ТМС включает взаимосвязанную сеть из каналов, емкостей (бассейнов), естественных стохастических источников водоподачи и водорегулирующих сооружений. Подробное описание ГМС приведено в Приложении 2.

Процесс водораспределения в ГМС характеризуется наличием много-критериальности управления (обеспечение заданной водоподачи в определенные каналы, поддержание страхового запаса воды в системе, минимизация финансовых издержек связанных с технологическим управлением), распределенностью ТП, наличием запаздывания в элементах ТП и стохастично-сти технологических данных.

Интрига, положенная в основу сценария разработки проекта заключается в следующем - потребители, закупающие воду у ГМС, имеют существенные различия в системе оплаты и соответственно различные приоритеты при распределении воды.

Логическая цепь (дерево целей), ведущая к структуризации задачи проектирования, приведена на рисунке 4.1. Такая логическая цепь позволяет сформировать перечень функциональных задач АСУ, что и является результатом структуризации задачи проектирования.

Основная цель практически любого предприятия - повысить прибыль. Прибыль зависит от разности дохода и расхода, поэтому для повышения прибыли надо или увеличить доход и/или уменьшить расход. Увеличить до 90 ход не можем, так как цена воды и объем поставки потребителям считаем задаваемыми извне.

Структура виртуального ТП водораспределения в ГМС.

Можно попытаться уменьшить расходы, которые связаны с водопода-чей, складывающихся из расходов на закупку воды из платных источников и штрафов за недо- и переподачу воды от плана. Чтобы избежать штрафов, необходимо обеспечить точное соответствие подаваемой воды плану поставки за счет оперативного управления и планирования подачи воды. Так как вода поступающая из бесплатных источников имеет стохастический характер, а объем подаваемой воды потребителям жестко задан, то для сглаживания возмущений источников в ГМС применяются емкости. Таким образом, оперативное управление в ГМС должно заниматься управлением запасами воды в емкостях. В итоге автоматизация ТП водораспределения в ГМС заключаются в следующих задачах: 1) прогноз поступления воды из бесплатных источников: 2) управление закупкой воды из платных источников; 3) управление затворами на каналах ГМС.

Решения трех вышеназванных задач влекут за собой необходимость в решении задач: разработки технической структуры управления, оценки алгоритмов управления ГМС при различных технологических режимах работы, координации в управлении закупкой воды и затворами, оценки экономической эффективности автоматизации. Для оценки качества управления необходимо применить имитационное моделирование ГМС.

С помощью программного комплекса виртуальных ТП была задана структура ГМС (рис. 4,2) и проведены эксперименты по оценке различных решений автоматизации виртуального ТП водораспределения. Зат Емк Пот - Источник воды (звено-источник) ? Канал (преобразующее звено) ? Затвор (преобразующее звено) - Емкость, бассейн (интегрирующее звено) ? Потребитель (звено-приемник) ? Движение воды

Рисунок 4.2. Структура виртуального ТП водораспределения в ГМС. При разработке вариантов автоматизации для ГМС исследуются: варианты локального и централизованного управления затворами; алгоритмы, учитывающие и не учитывающие данные об уровнях воды в каналах и емкостях находящихся выше по течению; влияние временной дискреты управления на эффективность АСУТП в целом.

Виртуальный ТП водораспределения в ГМС используется в учебных дисциплинах «Проектирование АСОИУ» и междисциплинарном курсовом проекте по этой дисциплине, «Алгоритмическое обеспечение АСОИУ», «Локальные системы управления», «Специальные главы кибернетики», «Основы теории управления», «Моделирование систем». На виртуальном ТП водораспределения в ГМС решаются такие задачи, как: 1. Освоение SCADA-пакета, путем создания набора экранных форм для отображения ТП; 2. Идентификация отдельных элементов ТП; 3. Оценка показателей качества управления (в том числе экономических), достигаемых при ручном управлении ТП; 4. Разработка и реализация алгоритмов автоматического управления ТП; 5. Статистическая обработка и оценка показателей качества управления, достигаемых при автоматическом управлении ТП; 6. Проектирование и оценка системы сбора данных работы ТП; 7. Исследование показателей качества управления, достигаемых в АСУ с различной функциональной структурой и различными вариантами декомпозиции задач.

На рисунке 4.3. приведен пример разработанного набора экранных форм для виртуального ТП в ГМС выполненного в SCADA-системе GENESIS32. Посредством экранных форм можно производить наблюдения за технологическими данными виртуального ТП, управлять затворами в ручном режиме (окно с инструментами-ползунками) и в программном. Для реализации программного управления в SCADA-системе GENESIS32 поддерживается язык программирования Visual Basic for Applications (VBA).

Похожие диссертации на Конструирование виртуальных технологических процессов для системы компьютерной поддержки подготовки инженеров-системотехников